配合比与骨料级配对再生混凝土砖强度的影响

蔡基伟，许鸽龙，闫思嘉，李静，黄宁飞

（河南大学材料与结构研究所，河南　开封　475004）

配合比与骨料级配对再生混凝土砖强度的影响

蔡基伟，许鸽龙，闫思嘉，李静，黄宁飞

（河南大学材料与结构研究所，河南开封475004）

再生骨料具有较高的吸水率，进行配合比设计时必须考虑其吸水性。按一系列净水胶比 (W0/B)，基于吸水率制备再生混凝土试样，以研究配合比与骨料级配对再生混凝土砖强度的影响。试验结果表明，当再生骨料最大粒径 16mm、净水胶比0.49 时，再生混凝土砖 28d 强度达 16.2MPa；当再生骨料最大粒径 5mm、净水胶比 0.40 时，再生混凝土砖强度达 22.8MPa。总体说来，净水胶比在 0.55 以下时，再生混凝土砖的强度均能达到 MU10 级以上。在再生混凝土砖中，再生骨料所吸的水起到自养护作用，既不增大净水胶比，又为胶凝材料水化提供了补充来源，对提高强度有利。当再生骨料最大粒径为 5mm 时，不必另外加砂。用废弃混凝土制备再生砖时，合理的最大粒径宜为 16mm。

再生混凝土砖；再生骨料；配合比；抗压强度

0　引言

有研究表明，废弃混凝土若用于再生骨料混凝土可以节约 62% 的石灰石资源[1]。废弃混凝土的再利用可以为建材行业挖掘出巨大的经济效益。并且近年来粘土砖的禁止生产使用，使人们更加倾向于建筑垃圾砖的开发，有研究说明再生砖完全可以替代粘土砖，而且再生砖在一些地方已经用于楼房、蓄水池和古建筑工程中[2-3]。本文利用再生混凝土骨料制备再生砖，研究配合比与骨料级配对抗压强度的影响。

1　试验原材料与方法

1.1原材料

（1）胶凝材料为 P·O42.5 水泥和 Ⅲ 级粉煤灰，水泥强度见表 1。

表1　水泥强度

（2）用废弃混凝土破碎成两种级配的再生骨料进行试验，一种为 16mm 筛下的全部颗粒（RCA-16），吸水率为2.86%，另一种为 5mm 筛下的全部颗粒（RCA-5），吸水率为 6.50%，并用黄河特细砂作为补充细骨料，其细度模数为1.24。再生骨料与特细砂的级配曲线见图 1 和图 2。

图1　再生骨料级配曲线

图2　特细砂级配曲线

1.2试验方法

采用附加水法[4]进行一系列 W0/B 的配合比设计。胶凝材料由 70% 水泥和 30% 粉煤灰组成，从 0.40 起步，按 0.10 步长递增初定一系列 W0/B，以满足成型要求的拌合物工作性确定合适的 W0/B，然后固定骨料用量、净用水量（W0）、附加水量（W1）和外加特细砂（S）用量，整理最终配合比。试块养护到规定龄期后，参照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试抗压强度。

2　结果与讨论

2.1再生混凝土砖的配合比与强度

用不同骨料配制再生混凝土砖的配合比及其 28d 抗压强度见表 2。

表2　再生混凝土砖的配合比与强度

2.2再生混凝土砖的抗压强度与净胶水比的关系

由表 2 可以看出，用 16mm 筛下再生骨料外加特细砂制备的再生砖，在 W0/B=0.49 时最高强度达 16.2MPa；只用5mm 筛下再生骨料不加特细砂制备的再生砖，在 W0/B=0.40时最高强度达 22.8MPa。

对表 2 中抗压强度与净胶水比（B/W0）的关系进行线性回归分析（如图 3），得到再生混凝土砖的鲍罗米公式，如式(1)。

图3　抗压强度与净胶水比的关系

式中：

αa、αb——回归系数，见表 3；

fb——胶凝材料强度，可由式 (2) 估算。

式中：

γf——粉煤灰的影响系数，对于 Ⅲ 级粉煤灰取 0.65[5]；

fce——水泥 28d 抗压强度，见表 1。

表3　不同骨料再生砖的回归系数

由图 3 得知，两种再生骨料与特细砂混合制备的再生砖强度与 B/W0回归直线的斜率，小于仅用 5mm 筛下骨料制备的试样。该斜率反映了强度随 B/W0变化的增长速率。图 3 显示再生细骨料所占比例越大，强度增长速率越大。这是由于再生细骨料的吸水率是粗骨料的两倍之多，而原生天然砂的吸水率较之更小。在养护过程中，水泥水化首先消耗水泥浆中的水分，随养护时间的延长，浆体中的水分逐渐减少，骨料所吸附的水在湿度梯度的作用下向浆体中转移，使水泥与粉煤灰后期的水化都处于一个较高湿度的条件下，也就是说胶凝材料的水化反应更加完全。

2.3骨料对强度的影响

由式(1)、式(2) 和表 3 中的回归系数，可计算出在 W0/B介于 0.50～0.65 之间时再生砖的 28d 强度（如图 4）。

图4　用不同骨料制备再生砖的强度对比

由图 4 看出，在 W0/B=0.50～0.65 区间内，用 16mm 筛下骨料制备再生砖的强度普遍高于同水胶比 5mm 筛下骨料制备的再生砖，这与再生骨料的级配和性质有关。首先，骨料的最大粒径越大，骨料总体比表面积越小，新旧材料交界面就越少；其次，越大的颗粒所含原生骨料越多、含废水泥浆越少，原生骨料自身具有较高的强度，对再生砖强度有利；而粘附在原生骨料表面的废水泥浆强度相对较低，对再生砖强度不利。再生骨料颗粒越小，在加工过程中遭受外力破坏越严重，内部就存在越多的裂纹，对再生砖强度不利。新旧材料交界面是再生砖内部的薄弱环节，比表面积越小，弱面就越少；比表面积越大，表面吸附的废粉就越多，对粘结强度不利。再生骨料的最大粒径越大，其骨架作用的主导性越强，越能扬长避短。

对于 5mm 筛下再生骨料，外加特细砂不但不能提高强度，反而使再生砖强度下降。这是因为 5mm 筛下再生骨料本身已经拥有足够多的细颗粒，外加特细砂使得大颗粒无法发挥骨架作用，小颗粒悬浮作用的主导性取代了填充作用，从而造成再生砖强度降低。

3　结论

（1）再生混凝土砖 28d 抗压强度符合随净胶水比线性增加的规律。当净水胶比在 0.55 以下时，再生混凝土砖的抗压强度均可达到 MU10 级别。用 16mm 筛下再生骨料外加特细砂，按 0.49 净水胶比制备的再生砖强度可达 16.2MPa，只用 5mm 筛下再生骨料按 0.40 净水胶比制备的再生砖强度达22.8MPa。

（2）再生骨料吸附的水对再生砖具有自养护功能，为后期水化起到了补充水分的作用，使胶凝材料的水化更完全。

（3）与最大粒径较小的级配相比，16mm 筛下再生骨料具有自身强度较高、比表面积较小、微裂纹较少、粘附废水泥浆较少、吸附废粉也少的优点。同时能起到很好的骨架作用，对再生混凝土砖的强度有利，而且还有利于节约水泥和降低能耗。

[1] 万惠文，水中和，林宗寿，等．再生混凝土的环境评价[J].武汉理工大学报，2003,25(4):17-20．

[2] 张孟雄，张学良，王卫秋，等．建筑垃圾砖的开发及应用[J]．粉煤灰综合利用，2006,(3):43-45．

[3] 周理安．建筑垃圾再生砖制备技术及其性能研究[D]．北京建筑工程学院，2009．

[4] 宗兰，余倩，张士萍．碎砖类骨料再生混凝土的配合比设计研究[J]．混凝土，2012,(12):113-116．

[5] JGJ 55-2011．普通混凝土配合比设计规程[S]．

［通讯地址］河南省开封市金明大道（475004）

Effect of proportion and aggregate gradation on strength of the recycled concrete brick

Cai Jiwei, Xu Gelong, Yan Sijia, Li Jing, Huang Ningfei
(Institute of Materials and Structures, Henan University, Kaifeng 475004, China)

Recycled concrete aggregate (RCA) has a high water absorption that must be considered in proportion design. The concrete samples with RCA in a series of net water-to-binder ratios (W0/B) were prepared to study the effect of proportion and RCA gradation on compressive strength of recycled concrete brick. The results reveal that 28d compressive strength of brick with minus 16 mm RCA in W0/ B of 0.49 was 16.2 MPa; and the strength of brick with minus 5 mm RCA in W0/B of 0.40 reached 22.8 MPa; The strength grade of bricks can reach to MU10 when W0/B≤0.55. The water absorbed by aggregate provides necessary humidity required by hydration reaction of cementitious materials and contributes to strength development. When the brick is prepared with minus 5 mm RCA, it needs not to add excess ultra-fine sand. The best value of maximum particle size of RCA should be 16 mm rather than any smaller one.

recycled concrete brick; recycled aggregate; proportion; compressive strength

蔡基伟（1963—），男，教授，博士。主要从事高性能水泥基材料和固体废弃物资源化利用研究。